(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント配線基板に実装部品を取り付けるリフロー装置であって、
前記プリント配線基板に対して熱風を与える固定型加熱部と、
前記プリント配線基板に対して前記固定型加熱部による熱風の温度を局所的に変化させる可動式加熱部と、を備え、
前記可動式加熱部は、前記固定型加熱部による前記プリント配線基板の低温部に対する熱風の温度を局所的に上昇させるヒータユニットと、前記固定型加熱部からの熱風を通過させる基体部と、を備え、該基体部上の任意の位置に前記ヒータユニットを配置および給電して前記プリント配線基板の低温部の温度を上昇させることを特徴とするリフロー装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリフロー装置において、
前記ヒータユニットは本加熱ゾーンのみで給電され、前記プリント配線基板の低温部の温度を上昇させることを特徴とするリフロー装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のリフロー装置において、
前記基体部は、パンチング板またはメッシュ板を備えることを特徴とするリフロー装置。
【請求項４】
固定型加熱部によりプリント配線基板に対して熱風を与えると共に、
可動式加熱部により前記プリント配線基板に対して前記固定型加熱部による熱風の温度を局所的に変化させて前記プリント配線基板に実装部品を取り付け、
前記可動式加熱部は、前記固定型加熱部による前記プリント配線基板の低温部に対する熱風の温度を局所的に上昇させるヒータユニットと、前記固定型加熱部からの熱風を通過させる基体部と、を備え、該基体部上の任意の位置に前記ヒータユニットを配置および給電して前記プリント配線基板の低温部の温度を上昇させることを特徴とするリフロー方法。
【請求項５】
請求項４に記載のリフロー方法において、
前記ヒータユニットは本加熱ゾーンのみで給電され、前記プリント配線基板の低温部の温度を上昇させることを特徴とするリフロー方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載のリフロー方法において、
前記基体部は、パンチング板またはメッシュ板を備えることを特徴とするリフロー方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線基板に実装部品を取り付けるリフロー装置およびリフロー方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境対策の一貫として、エレクトロニクス製品からの有害物質全廃の動きが世界的規模で進められており、それに伴って、エレクトロニクス製品のプリント配線基板の接合に使用する半田も「鉛含有の半田」から「鉛フリー半田」への切り替えが必須となって来ている。
【０００３】
ところで、鉛フリー半田は、通常の半田よりも高温の処理が必要である。具体的に、従来の共晶タイプ半田での溶融温度に関して、例えば、鉛含有の半田が１８３℃であったのが、鉛フリー半田の「錫−銀−ビスマス−インジウム（Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ）系」のものでは約２０６℃が必要であり、また、「錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）系」のものでは約２２０℃が必要である。さらに、半田の濡れ拡がり性も悪くなるため、部品や材料の性能を劣化させないためには、部品や材料も従来以上の耐熱性能が求められるようになって来ている。
【０００４】
一方、近年のエレクトロニクス製品の高機能化に伴って、プリント配線基板に実装される部品の種類や大きさおよび密集度の差により半田付け時の温度バラツキが大きくなっている。特に、電源系統の回路には熱容量の大きい、例えば、フェライトコイル等の部品が多数使用されているため、接合部の温度は上昇し難い傾向がある。これに対して、耐熱性の弱いＬＳＩやメモリ等では、部品の小型化および薄型化が進んでおり、半田付け時に部品の温度が高くなるため、温度差の拡大や温度のアンマッチングの問題が一層大きな問題となっている。
【０００５】
現在、部品の高耐熱化も進められているが、全ての条件でリフロー温度差を満足することは困難であり、今後、全てのエレクトロニクス製品に対して無鉛化を実施する上で、リフロー時の温度差を解決する手段が強く要望されている。
【０００６】
図１は従来のリフロー装置の一例を概略的に示す図である。図１において、参照符号１０１はリフロー装置、１０２はプリント配線基板、１１１および１１２はヒータ、１１１ａおよび１１２ａは熱風、そして、１１３は基板搬送用コンベアを示している。
【０００７】
図１に示されるように、従来のリフロー装置１０１は、基板搬送用コンベア１１３により搬送されるプリント配線基板１０２の上方および下方に加熱用の温風ヒータ／赤外線ヒータ１１１および１１２を設け、プリント配線基板１０２に対して熱風１１１ａおよび１１２ａ等を吹きつけ、各ヒータ１１１および１１２の温度を制御することでプリント配線基板１０２全体を一律な条件で加熱するようになっている。
【０００８】
この時、加熱されるプリント配線基板１０２においては、部品の密度，比熱，熱伝達係数，赤外線に対する吸収率および部品の実装配置等により、部品個々に加熱条件が異なる。すなわち、一律な加熱条件下でプリント配線基板１０２を加熱すると、部品間や、半田付け部と部品に温度差が生じることになる。さらに、上述したように、鉛フリー半田を使用した場合、接合温度の高温化により、温度差がより一層生じ易くなり、無鉛化への障壁となっていた。
【０００９】
これの対応として、従来、例えば、フェライトコイル等の熱容量が大きく接合部の温度が上昇し難い電源系統の回路に対しては、リフロー作業（リフロー半田付け作業）とは別に作業者が個別に半田付け処理を行っていた。或いは、温度が上昇し難い接合部に合わせてプリント配線基板全体を加熱し、温度が上昇し過ぎて耐熱温度を超過するような部品が実装されている個所に対しては、例えば、遮蔽板を設けて温度上昇を抑えることが行われている。
【００１０】
図２は図１に示すリフロー装置において遮蔽板を使用した様子を概略的に示す図であり、図２（ａ）はプリント配線基板１０２の下方に遮蔽板１０４を設けた場合を示し、また、図２（ｂ）はプリント配線基板１０２の上方に遮蔽板１０４を設けた場合を示している。
【００１１】
ところで、リフロー条件（リフロー半田付け条件）は、接合部の最低温度を使用する半田材料に合わるため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田であれば、例えば、２３０℃前後に設定する。通常、電源系のコイル，モジュール部品等の大熱容量部品および大型コネクタ等の接合部は低温部品となる。また、リフロー半田付け時の部品温度は接合部の温度よりも高くなり、さらに、耐熱条件の管理を特に必要とする部品の耐熱温度は通常２３５℃〜２４５℃であるため、耐熱温度を超過する部品が多数発生する。
【００１２】
図２（ａ）に示されるように、プリント配線基板１０２は、パレット１０３上に複数のピン１３１を介して載置されている。ここで、例えば、電源系のコイルのような温度が上昇し難い低温部品に合わせてプリント配線基板全体を加熱する場合、半導体集積回路１２１は、温度が上昇し過ぎてその耐熱温度を超過することになる。そこで、半導体集積回路１２１の下方に遮蔽板１０４を配置して下からの熱風を遮断し、半導体集積回路１２１の温度が上昇し過ぎるのを抑えるようになっている。
【００１３】
或いは、図２（ｂ）に示されるように、プリント配線基板１０２に搭載された半導体集積回路１２１上に、例えば、耐熱性両面テープ１４１により遮蔽板１０４を貼り付け、上からの熱風を遮断して半導体集積回路１２１の温度が上昇し過ぎるのを抑えるようになっている。
【００１４】
このように、従来、電源系のコイルのような温度が上昇し難い低温部品に合わせてプリント配線基板全体を加熱する場合、耐熱温度を超過する部品１２１に対しては、その部品１２１の上方または下方に熱風を遮断する遮蔽板１０４を設け、部品１２１の温度が上昇し過ぎるのを抑制する手法が採られている。
【００１５】
しかしながら、遮蔽板１０４を試用する部品が複数発生した場合には、遮蔽板１０４の周囲における加熱効率大幅に低下するために半田の未溶融が生じたり、図２（ｂ）の場合には、遮蔽板１０４によるプリント配線基板１０２の重量増加による反りが生じたり、さらには、半田付けの未着や品質低下を来たすことになっていた。
【００１６】
また、従来、温度が上がり易い実装部品と温度が上がり難い実装部品との温度差を小さくすることがきるリフロー装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１７】
図３は従来のリフロー装置の他の例を概略的に示す図であり、特許文献１に示されたリフロー装置を概略的に示すものである。
【００１８】
図３に示されるように、この従来のリフロー装置１０１は、基板搬送用コンベア１１３により搬送されるプリント配線基板１０２の上方および下方に複数の赤外線ヒータ１１５および１１６を設け、さらに、炉本体における本加熱部ＨＡの上方および下方にプリント配線基板１０２の各部をそれぞれ加熱することができるブロック状の赤外線ヒータ１１７および１１８を設け、基板搬送コンベア１１３により搬送されるプリント配線基板１０２の各部をその搬送の速度等を考慮すると共に、温度分布パターンに応じて加熱するものである。なお、上方の赤外線ヒータ１１５およびブロック状の赤外線ヒータ１１７には攪拌ファン１１４が設けられている。
【００１９】
さらに、特許文献１は、プリント配線基板に実装される部品の種類および位置により生じる温度の分散を低減するための温度分布パターンを複数の赤外線ヒータより成る加熱ユニットを備えた加熱パレット上に搭載し、基板搬送コンベアによって加熱パレットを搬送してリフローを行うものも開示している。
【００２０】
【特許文献１】特開２００２−３２４９７２号公報（図１，図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
前述したように、従来、ブロック状の赤外線ヒータに各ブロックで異なる加熱条件を持たせ、プリント配線基板の温度分布に応じた加熱を行ってリフロー半田付けを行うリフロー装置が提案されている。
【００２２】
しかしながら、この従来のリフロー装置は、赤外線ヒータと攪拌ファンを使用するものであり、赤外線ヒータはその応答速度が遅く、ヒータの温度条件を変更する際には、早くても数分の時間が必要である。さらに、赤外線ヒータの輻射熱は放射線状に放出されるため、各ブロック間で干渉が生じ、局所的な加熱が困難であり、また、プリント配線基板の搬送速度に同期させた制御も困難であるため、実用的なものではなかった。
【００２３】
図４は従来のリフロー装置におけるリフロー半田付け時の温度分布シミュレーションの一例を示す図であり、全体的に熱風を吹き付けたときのノート型パーソナルコンピュータに使用するプリント配線基板２０１の温度分布を示すものである。
【００２４】
図４において、参照符号ＴＡ１，ＴＡ２，ＴＡ３，ＴＡ４はそれぞれ温度分布を示し、温度関係はＴＡ１＞ＴＡ２＞ＴＡ３＞ＴＡ４となっている。
【００２５】
すなわち、例えば、部品が搭載されていない部分や熱容量の小さい半導体集積回路２１１が実装された部分ＴＡ１の温度は高くなり、また、例えば、部品の実装密度が高かったり、多少熱容量の大きい部品が実装された部分ＴＡ２の温度は少し低くなる。また、例えば、熱容量の比較的大きいコネクタ２１２が設けられた部分ＴＡ３の温度はさらに低くなり、そして、例えば、電源系のフェライトコイル２１３が実装された部分ＴＡ４の温度はより一層低くなる。
【００２６】
図４から明らかなように、通常、プリント配線板２０１は、低温部（特に、ＴＡ４）の割合よりも高温部（特に、ＴＡ１）の割合の方が圧倒的に大きい。
【００２７】
従って、前述した、低温部（通常半田付け部）の温度を信頼性が維持できる最低温度に設定し、温度超過する部品に対して遮蔽を行うといった手法では、低温部よりも高温部となる部分が広く、遮蔽する領域も広くなる。そのため、前述した遮蔽に伴う問題だけでなく、全体の熱容量増加によるヒータ温度の上昇や温度条件の設定の難易性の問題も生じることになる。
【００２８】
本発明は、上述した従来のリフロー技術が有する課題に鑑み、プリント配線基板に実装される部品の種類や大きさおよび密集度の差による半田付け時の温度バラツキを低減し、耐熱温度を超過する部品を生じることなくプリント配線基板全体のリフローを行うことのできるリフロー装置およびリフロー方法の提供を目的とする。特に、通常の半田よりも高温の処理が必要な鉛フリー半田の使用に適したリフロー装置およびリフロー方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明の第１の形態によれば、プリント配線基板に実装部品を取り付けるリフロー装置であって、前記プリント配線基板に対して熱風を与える固定型加熱部と、前記プリント配線基板に対して前記固定型加熱部による熱風の温度を局所的に変化させる可動式加熱部と、を備え、前記可動式加熱部は、前記固定型加熱部による前記プリント配線基板の低温部に対する熱風の温度を局所的に上昇させるヒータユニットと、前記固定型加熱部からの熱風を通過させる基体部と、を備え、該基体部上の任意の位置に前記ヒータユニットを配置および給電して前記プリント配線基板の低温部の温度を上昇させることを特徴とするリフロー装置が提供される。
【００３０】
本発明の第２の形態によれば、固定型加熱部によりプリント配線基板に対して熱風を与えると共に、可動式加熱部により前記プリント配線基板に対して前記固定型加熱部による熱風の温度を局所的に変化させて前記プリント配線基板に実装部品を取り付け、前記可動式加熱部は、前記固定型加熱部による前記プリント配線基板の低温部に対する熱風の温度を局所的に上昇させるヒータユニットと、前記固定型加熱部からの熱風を通過させる基体部と、を備え、該基体部上の任意の位置に前記ヒータユニットを配置および給電して前記プリント配線基板の低温部の温度を上昇させることを特徴とするリフロー方法が提供される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、プリント配線基板に実装される部品の種類や大きさおよび密集度の差による半田付け時の温度バラツキを低減し、耐熱温度を超過する部品を生じることなくプリント配線基板全体のリフロー（リフロー半田付け）を行うことのできるリフロー装置およびリフロー方法を提供することができる。特に、本発明によれば、通常の半田よりも高温の処理が必要な鉛フリー半田の使用に適したリフロー装置およびリフロー方法を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明に係るリフロー装置は、プリント配線基板に実装部品を取り付けるものであり、プリント配線基板に対して熱風を与える固定型加熱部と、プリント配線基板に対して固定型加熱部による熱風の温度を局所的に変化させる可動式加熱部と、を備える。
【００３３】
以下、本発明に係るリフロー装置およびリフロー方法の実施例を、添付図面を参照して詳述する。
【実施例】
【００３４】
図５は本発明に係るリフロー装置の一実施例を概略的に示す図である。図５において、参照符号１はリフロー装置、２はプリント配線基板、３は可動式加熱部（可動ヒータ）、１１および１２は固定型加熱部（固定ヒータ）、１１ａおよび１２ａは熱風、１３は基板搬送用コンベア、そして、１４は可動ヒータ用コンベアを示している。
【００３５】
図５と図１との比較から明らかなように、本実施例のリフロー装置１は、基本的には図１のリフロー装置１０１と同様に、基板搬送用コンベア１３により搬送されるプリント配線基板２の上方および下方に加熱用の固定ヒータ１１および１２を設け、プリント配線基板２に対して熱風１１ａおよび１２ａ等を吹きつけ、各ヒータ１１および１２の温度を制御することでプリント配線基板２全体を加熱するようになっている。
【００３６】
さらに、本実施例のリフロー装置１は、可動ヒータ用コンベア１４によって、基板搬送用コンベア１３で搬送されるプリント配線基板２と同期して移動する可動ヒータ３を備えている。ここで、可動ヒータ３は、プリント配線基板２の下方に設けられ、下方の固定ヒータ１２からプリント配線基板２へ吹き付けられる熱風１２ａの温度を局所的に変化させるようになっている。
【００３７】
図６は図５のリフロー装置における可動式加熱部の一例を模式的に示す図であり、図７は図５のリフロー装置の動作を説明するための図である。
【００３８】
図６に示されるように、可動ヒータ３は、枠３１１およびパンチング板３１２を有する基体部３１、並びに、基体部３１上の任意の位置に配置されるヒータユニット３２を備える。なお、パンチング板３１２は、メッシュ板等の固定ヒータ１２からの熱風をそのまま通過させるものであってもよい。
【００３９】
図６および図７に示されるように、ヒータユニット３２は、例えば、電熱線等により固定ヒータ１２からの熱風の温度を局所的に上昇させるもので、例えば、コネクタや電源系の熱容量の大きい部品２２が実装される低温部品個所、すなわち、低温部に対応する位置に設けられる。ここで、ヒータユニット３２は、１つに限定されるものではなく、図４のような温度分布を有するプリント配線基板２０１に対しては、例えば、図面の右側の低温部ＴＡ４に対して第１のヒータユニットを設けると共に、図面の左側の３つの低温部ＴＡ４に対して第２のヒータユニットを設けることができる。
【００４０】
なお、ヒータユニット３２の形状および大きさも或る決められた矩形形状に限定されるものではなく、様々な形状および大きさが可能である。また、このヒータユニット３２の位置決め等に関しては、例えば、リフロー半田付けを行うプリント配線基板２毎に、予め前述した図４のような温度分布シミュレーションを求めておき、そのプリント配線基板２の低温部に対応する基体部３１上の所定の位置にヒータユニット３２を配置する。
【００４１】
このように、本第１実施例のリフロー装置は、固定ヒータ１１および１２からの熱風１１ａおよび１２ａによって、プリント配線基板２の高温部品個所、すなわち、前述した図４の温度分布シミュレーションにおける高温部ＴＡ１に適した加熱を行い、且つ、可動ヒータ３によって、プリント配線基板２の低温部に吹き付ける熱風の温度を局所的に上昇させる。
【００４２】
これにより、プリント配線基板に実装される部品の種類や大きさおよび密集度の差による半田付け時の温度バラツキを低減し、耐熱温度を超過する部品を生じることなくプリント配線基板全体のリフロー（リフロー半田付け）を行うことが可能になる。
【００４３】
図８は本発明に係るリフロー装置の他の実施例を概略的に示す図である。
図８に示すリフロー装置は、前述した図５に示すリフロー装置に対して、さらに、第２の可動ヒータ用コンベア１５を設け、この第２の可動ヒータ用コンベア１５によって第２の可動ヒータ４を移動させるようになっている。
【００４４】
すなわち、図８に示すリフロー装置は、プリント配線基板２を搬送する基板搬送用コンベア１３の下方に、第１の可動ヒータ用コンベア１４によって該プリント配線基板２と同期して移動する第１の可動ヒータ３を設け、且つ、プリント配線基板２を搬送する基板搬送用コンベア１３の上方に、第２の可動ヒータ用コンベア１５によって該プリント配線基板２と同期して移動する第２の可動ヒータ４を備えている。そして、これらプリント配線基板２と同期して移動する上下２つの可動ヒータ４および３によって、それぞれ上下の固定ヒータ１１および１２からプリント配線基板２へ吹き付けられる熱風１１ａおよび１２ａの温度を局所的に変化させるようになっている。
【００４５】
図９は図６に示す可動式加熱部の具体的な構成例を模式的に示す図である。
図６を参照して説明したように、加熱ヒータ（可動式加熱部）３は、枠３１１およびパンチング板３１２を有する基体部３１と、該基体部３１上の任意の位置に配置されるヒータユニット３２を備えるが、ヒータユニット３２に対する給電は、例えば、図９に示すような構成により実現される。
【００４６】
すなわち、ヒータユニット３２の電熱線は、配線３１３を介して金属板で構成される受電端子３１５に接続され、受電端子３１５に設けられた電源供給プラグ３１４によって、例えば、炉本体に配設された給電レール（図示しない）から電力の供給を受けるようになっている。なお、前述したように、ヒータユニット３２の形状，大きさおよび個数等は様々に変化し得る。また、ヒータユニット３２に対する給電は、知られている様々な手法を適用することができるのはもちろんである。ここで、ヒータユニット３２に対する給電は、例えば、前述した図３のリフロー装置における本加熱ゾーンＨＡのみで行うようにしてもよい。
【００４７】
図１０は本発明に係るリフロー装置の一実施例における可動式加熱部の制御を説明するための図である。
【００４８】
図１０に示されるように、本実施例のリフロー装置において、まず、可動ヒータ３はプリント配線基板２との同期をとるため、可動ヒータ用ローダ１３上に待機状態で保持される。そして、例えば、ラインセンサ１８によりプリント配線基板２を検知すると、プリント配線基板２と同じ搬送速度でリフロー炉内に可動ヒータ３をローディンゲする。
【００４９】
ここで、可動ヒータ３の搬送速度はプリント配線基板２の搬送速度と等速に設定されているため、投入時に同期を取ることにより炉内では常にプリント配線基板２の直下で可動ヒータ３が搬送される。なお、可動ヒータ３によって、プリント配線基板２の低温部に吹き付ける熱風の温度が局所的に上昇されることになるのは前述した通りである。
【００５０】
そして、リフロー完了後、可動ヒータ用アンローダ１７により可動ヒータ３が回収され、例えば、コンベアの下を経由して可動ヒータ用ローダ１６へ可動ヒータ３が戻され、同様の処理が繰り返される。なお、プリント配線基板２の搬送は、従来から知られている様々な構成を適用することができる。
【００５１】
以上において、本発明のリフロー装置は、例えば、可動ヒータ３に対して、さらに、図２を参照して説明したような遮蔽板１０４（熱風遮断ユニット）を設け、ヒータユニット３２で局所的に熱風の温度を上昇させてプリント配線基板の低温部の加熱を行うだけでなく、熱風遮断ユニットで熱風を遮断することによりプリント配線基板の高温部の過度の温度上昇を抑制することもできる。すなわち、本発明のリフロー装置は、ヒータユニット３２による局所的な熱風の温度上昇と共に、従来から行われている遮蔽板による温度制御等の手法も組み合わせて適用することが可能である。
【００５２】
本発明によれば、プリント配線基板に実装される部品の種類や大きさおよび密集度の差による半田付け時の温度バラツキを低減し、耐熱温度を超過する部品を生じることなくプリント配線基板全体のリフローを行うことが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、熱風によりプリント配線基板に実装部品を取り付けるリフロー装置に幅広く適用することができ、特に、通常の半田よりも高温の処理が必要な鉛フリー半田を使用してリフロー半田付けするリフロー装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は従来のリフロー装置の一例を概略的に示す図である。
【図２】図２は図１に示すリフロー装置において遮蔽板を使用した様子を概略的に示す図である。
【図３】図３は従来のリフロー装置の他の例を概略的に示す図である。
【図４】図４は従来のリフロー装置におけるリフロー半田付け時の温度分布シミュレーションの一例を示す図である。
【図５】図５は本発明に係るリフロー装置の一実施例を概略的に示す図である。
【図６】図６は図５のリフロー装置における可動式加熱部の一例を模式的に示す図である。
【図７】図７は図５のリフロー装置の動作を説明するための図である。
【図８】図８は本発明に係るリフロー装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【図９】図９は図６に示す可動式加熱部の具体的な構成例を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は本発明に係るリフロー装置の一実施例における可動式加熱部の制御を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    リフロー装置
２    プリント配線基板
３，４    可動式加熱部（可動ヒータ）
１１，１２    固定型加熱部（固定ヒータ）
１３    基板搬送用コンベア
１４，１５    可動ヒータ用コンベア
３１    可動ヒータの基体部
３２    ヒータユニット
【図１】
0004541401.tif 000002
【図２】
0004541401.tif 000003
【図３】
0004541401.tif 000004
【図４】
0004541401.tif 000005
【図５】
0004541401.tif 000006
【図６】
0004541401.tif 000007
【図７】
0004541401.tif 000008
【図８】
0004541401.tif 000009
【図９】
0004541401.tif 000010
【図１０】
0004541401.tif 000011